COWI CO2 and Wind LIDAR

COWI
CO2 and Wind LIDAR
Responsable scientifique : Fabien Gibert
Chef de projet : Dimitri Edouart
Equipe Atmosphère, Biosphère, Climat, Télédétection – ABC (t)
Laboratoire de Météorologie Dynamique
Institut Pierre Simon Laplace
Ecole polytechnique, PALAISEAU
31 mars 2010
Documentation en réponse à la demande du PROLI
Présentation du projet
2008-2014
2
Le programme de recherche « COWI » pour les cinq prochaines années, tant du point de vue de
l’expérimentation que de l’instrumentation innovante, est conçu pour répondre aux préoccupations
croissantes de la communauté internationale pour ce qui concerne le cycle du carbone, les échanges
entre biosphère et atmosphère et l’impact du CO2 sur le climat.
Les premières études sur la mesure du gaz carbonique atmosphérique par Lidar en valeur absolue avec
une très grande précision (1 %) ont été conduites au LMD/IPSL avec succès dans le cadre de la thèse
de F. Gibert [1]. Une méthode par Absorption Différentielle résolue par gradient spatial pour les
mesures du CO2 dans la couche limite atmosphérique a été proposée. Un Lidar à détection hétérodyne
dont l’émission est accordée sur une raie d’absorption spécifique de la molécule de CO2 dans le
domaine spectral autour de 2 µm a été conçu et réalisé. Les différents sous-systèmes Lidar y compris
le laser émetteur ont été développés en interne. La mesure précise de la colonne atmosphérique de CO2
à partir du sol en utilisant les nuages de la haute troposphère comme cibles diffusantes a aussi été
démontré [2-6].
La mesure Lidar offre la continuité d’échelles (de la centaine de mètre à la centaine de kilomètres)
pour la mesure du CO2 et elle permet de traiter la représentativité de la mesure en fonction des
conditions atmosphériques. Elle peut combiner plusieurs mesures complémentaires en synergie :
distance, concentration en particules (aérosols ou nuages), vitesse Doppler.
Les résultats obtenus par l’IPSL sont venus à propos soutenir l’étude FACTS [7] conduite par l’IPSL
et Alcatel-Space pour l’ESA. FACTS a montré qu’il était possible d’obtenir une mesure Lidar précise
(1 ppm) de la colonne de CO2 à partir de l’espace en utilisant la réflexion de surface. A la suite de
quoi, en 2006, la proposition A-SCOPE [8], qui a été soumise par l’IPSL à l’ESA pour la mesure de la
colonne de CO2 par Lidar spatial, a été pré-sélectionnée parmi 24 autres propositions puis finalement
non retenue par l’Agence Spatiale Européenne en 2009 pour cause principale de difficulté technique.
Des études complémentaires notamment dans le cadre de la thèse de F. Marnas, en spectroscopie et sur
l’émetteur laser, ont permis d’approfondir le projet d’une mission spatial [9-11].
D’autres groupes aux USA, en Europe et au Japon [12-16] conduisent des recherches dans ce
domaine, mais en 2010, les seuls résultats probants sont ceux qui ont été publiés par l’IPSL [2-6] par
la NASA-Langley RC [17, 18] et plus récemment par NICT [19]. Cela illustre bien la difficulté du
sujet et l’expertise qui a été acquise par l’IPSL dans ce domaine. Il est à noter que l’équipe collabore
avec le groupe de la NASA-Langley RC dans le cadre de la réalisation d’un instrument aéroporté aux
USA et d’une future mission spatiale soumise à l’ESA en 2010 [20].
Le développement instrumental d’un nouveau lidar nécessite un travail de recherche dans des
domaines aussi variés que la physique des lasers, la spectroscopie moléculaire, les principes de
sondages laser, le traitement de signal et l’analyse de données. A ces domaines de recherche
instrumentale est associée la recherche en géophysique et en particulier sur le cycle du carbone, le CO2
atmosphérique et la dynamique atmosphérique. Cette ouverture sur plusieurs domaines de la physique
permet de nouer les collaborations indispensables et d’adapter les ressources aux objectifs afin de
résoudre au mieux les problèmes rencontrés.
3
Partant de là, et en s’appuyant sur les travaux antérieurs, l’équipe a commencé le programme COWI
en 2009. Ce programme se décline en deux composantes :
- un système sol COWI/s développé pour faire un monitoring 3D de la concentration du CO2
atmosphérique au dessus d’un site de séquestration. Financement ANR.
- un système aéroporté COWI/a pour la mesure de flux de CO2 à partir d’avion et pour préparer
une future mission spatiale. Financement CNRS et CNES.
Les objectifs scientifiques des deux instruments sont décris dans les parties suivantes
4
1.
COWI/s : 2009-2011
Objectifs scientifiques et thématiques de recherche tirant bénéfice de
l’instrument sol.
- Mesure 3D de la concentration en CO2 atmosphérique au dessus d’un site de
séquestration. Problème de divergence de concentration d’un gaz dans l’atmosphère.
C’est dans le cadre coopératif recherche – industrie du projet ANR SENTINELLE que COWI/s est
financé avec obligation contractuelle d’une campagne de mesure de 1 mois en septembre 2011 au plus
tard. L’objectif scientifique de SENTINELLE va plus loin qu’un simple monitoring de la
concentration du CO2 atmosphérique. Pour la première fois, un bilan global des échanges de CO2 sur
la colonne de -5000 m à +2000 m couvrant l’atmosphère, la biosphère et la géosphère sera abordé par
des observations in situ et télédétection et de la modélisation (Fig. 1). Au-delà du projet
SENTINELLE, c’est le problème de représentativité spatiale d’une mesure in situ de concentration
du CO2 atmosphérique qui est ici traité. La variabilité du CO2 atmosphérique aux échelles comprises
entre 100 m et 10 km reste aujourd’hui très mal connue faute d’instrumentation adéquate.
L’instrument COWI/s permettra d’établir une continuité d’échelle entre instrumentation in situ et
modélisation méso-échelle (Méso-NH, WRF, CHIMERE..) notamment dans le cadre du programme
CARBOEUROPE [21].
Le projet SENTINELLE 2009 – 2011 :
Les partenaires du projet sont des établissements de recherche public LMD, INRA et l’INPL, des
établissements publics à caractère industriel et commercial INERIS, BRGM et l’IFP et des industriels
TOTAL et KAISER. Le projet SENTINELLE a trois finalités essentielles :
(i)
établir un état initial en terme de flux/teneurs de gaz d’un site avant injection en y
intégrant les variabilités propres au système naturel et celles d’origine anthropique
(ii)
suivre ces évolutions durant les phases d’injection
(iii)
proposer une méthodologie de surveillance en continu de surface et sub-surface d’un
site en activité.
Les verrous scientifiques à lever sont :
(i)
compréhension des échanges gazeux en surface et sub-surface : le système
géosphère superficielle – biosphère – atmosphère. Quelle est la production propre
de chacun des compartiments ? Comment se transmet-elle et impacte-t-elle sur le
suivant ? Peut-on appliquer une logique d’éléments finis ?
(ii)
impact des cycles naturels sur les flux de CO2 en surface. Qu’en est-il
réellement des lois de corrélation entre la température et la PCO2 ? Quels sont les
cycles biologiques et météorologiques les plus influents ?
(iii)
capacité à discriminer les sources naturelles et anthropiques. Comment
appréhender l’activité anthropique au sein de l’atmosphère ? peut-on à l’échelle de
4 ans l’exprimer en terme d’évènements probables ou stochastiques ?
5
(iv)
évaluation des fuites potentielles de CO2 d’un site de stockage et impact sur
l’environnement. Comment affiner les limites de détection des différentes
technologies et comment déconvoluer le signal du CO2 global pour extraire la
signature du gaz injecté ?
Fig. 1 : Représentation schématique des principaux compartiments d’une structure géologique dans laquelle il y
a injection de CO2 au sein d’un réservoir surveillé tel le site de Rousse (Lacq, TOTAL) et instrumentation
mise en place par les différents partenaires du projet SENTINELLE.
- Mesure de flux de CO2 par corrélation turbulente. Problème de diffusivité de
scalaires dans la couche limite. Echanges aux interfaces surface – couche limite et
couche limite – troposphère libre.
Un Lidar DIAL et Doppler a le potentiel d’effectuer des mesures directes de flux de CO2 en utilisant
une méthode de corrélation turbulente telle qu’elle a déjà été envisagée avec succès pour la vapeur
d’eau [22, 23]. Effectuer des mesures de concentration et de flux par télédétection, c’est comprendre la
représentativité verticale des mesures effectuées par les tours de flux et obtenir des informations sur
les échanges du CO2 à l’interface couche limite – troposphère libre qui demeure mal paramétrés dans
les modèles faute d’observations.
L’obtention de profils de flux et de concentration du CO2 atmosphérique permettra d’obtenir pour la
première fois des observations de profils de diffusivité turbulente du CO2 atmosphérique.
La faisabilité des mesures de flux par lidar a fait l’objet de présentations en conférences [24, 25].
L’étude de faisabilité se fonde sur des simulations numériques extrapolées de mesures réelles in-situ et
lidar et elle est détaillée dans un article actuellement en révision [26].
6
Une collaboration est déjà établie avec l’ESE (Université d’Orsay : tour de flux dans les forêts de
Fontainebleau et d’Orléans) et avec l’INRA (INRA-INAPG Versailles : mesures de flux au dessus de
cultures) (P. Cellier) pour une synergie/ validation des mesures de flux par lidar.
- Dynamique de la couche limite atmosphérique. Amélioration des modèles de
transports et recherche de nouvelles paramétrisations. Etude des transitions
diurnes. Lien entre micro et méso échelles. Phénomènes ondulatoires.
COWI/s permet de restituer des champs de vitesse et de concentration en 3D tels que ceux fournis par
une modélisation LES. Un lien peut donc être effectué entre les processus turbulents de l’échelle micro
(flux turbulents, structures turbulentes de petites échelles, thermiques..) et leurs effets à moyenne
échelle (hauteur de couche limite, jets, ondes). L’équipe est impliquée dans le projet BLLAST qui
réunit depuis 2009 plusieurs scientifiques en Europe (France, Espagne, Pays-Bas, Italie, Allemagne,
Pologne) et aux USA dans le but d’améliorer notre compréhension du cycle diurne de la CLA et
notamment de la décroissance de l’énergie turbulente lors de la transition du soir, de caractériser les
échelles turbulentes sur lesquelles varient les scalaires et les composantes du vent, de comprendre
l’anisotropie de la turbulence dans la CLA, d’améliorer la modélisation du transport de scalaires dans
la CLA. [27].
COWI/s constitue un instrument adéquat pour étudier les phénomènes ondulatoires méso-échelle dans
la CLA et les processus de jets nocturnes qui leur sont le plus souvent associés.
Améliorer les paramétrisations des modèles méso-échelle et réduire les incertitudes sur la modélisation
du transport des scalaires dans l’atmosphère est fondamentale pour toute mission spatiale dont
l’objectif est d’estimer les flux de surface à partir de mesures de concentration. Cette estimation repose
en effet sur une modélisation inverse et donc sur la précision du modèle de transport utilisé.
- Validation de missions spatiales en cours et futures. Tests pour une future mission
lidar spatiale.
L’instrument COWI/S est mobile et donc peut intervenir pour une validation des missions spatiales en
cours telles GOSAT et IASI. Une telle validation des instruments passifs est envisagée par l’équipe
ABC(t). Dans sa version en cours de développement, COWI/s a le potentiel de délivrer un profil de
CO2 dans la couche limite atmosphérique et une mesure intégrée simultanée dans la troposphère libre
en utilisant des cibles nuageuses [6]. Une version modifiée de l’instrument comportant une détection
directe avec un système de photo-comptage permettrait d’effectuer des profils dans toute la
troposphère et ainsi constituerait un instrument de validation adéquat pour la mission IASI [19]. Les
détecteurs (photodiodes à avalanche) sont en cours de développement à l’ESA et il est prévu de les
tester lorsqu’ils seront disponibles.
7
COWI/s permet de tester différents éléments d’un futur instrument aéroporté ou spatial : le système
laser est très proche de celui qui a été retenu pour une mission comme A-SCOPE ou EXCALIBUR :
utilisation de la transition de l’Holmium pour obtenir une émission à 2051 nm, injection d’une cavité
en anneau par des lasers monomodes stabilisés en fréquence, positionnement spectral sur la raie
d’absorption R30 du CO2 à 2051 nm [11], possibilité de remplacer la détection hétérodyne par une
détection directe comme indiquée ci-dessus pour tester le principe d’une mesure intégrée sur cible telle
qu’elle est envisagée pour le système spatial. Par ailleurs, les lidars COWI/s et COWI/a sont prévus à
l’identique exceptés les modifications nécessaires (environnement spécifique..) pour une intégration
dans l’avion.
COWI/s constitue ainsi un instrument de validation des différentes missions spatiales en cours ou
futures pour la mesure du CO2 atmosphérique et un instrument de test pour plusieurs sous-ensembles
d’un instrument aéroporté (COWI/a) et spatial, justifiant ainsi la participation du CNES et du CNRS
pour COWI/s.
2.
COWI/a : 2012-2014
Objectifs scientifiques et thématiques de recherche tirant bénéfice de
l’instrument aéroporté.
- Représentativité spatiale des mesures de concentrations et de flux de CO2.
Continuité d’échelles entre instrumentation in situ et modélisation méso-échelle.
La variabilité du CO2 atmosphérique à moyenne échelle reste aujourd’hui très mal connue. Nous
n’avons en effet aucun moyen direct de mesurer les concentrations et les flux de CO2 correspondant
aux échelles comprises entre 1 et 100 km. Ceci limite notre compréhension des interactions entre le
fonctionnement des écosystèmes et le changement climatique et ça se traduit par des incertitudes
majeures sur la modélisation des concentrations futures des gaz intervenant dans le cycle du carbone et
dans leurs contributions à l’effet de serre (notamment pour CO2, CH4) et par conséquent sur la
direction des changements futurs du climat.
Effectuer des mesures de concentration et de concentration et de flux à moyenne échelle, c’est
comprendre la représentativité spatiale des mesures effectuées par les tours de flux, c’est
comprendre l’hétérogénéité horizontale et verticale des concentrations du CO2 à différentes échelles en
lien avec l’hétérogénéité de surface et la dynamique atmosphérique, c’est aussi la possibilité d’établir
un lien entre les diverses méthodes de calcul de flux de CO2 : directes (corrélation turbulente),
indirectes (bilan dans la couche limite) [28] et inverses [29].
Une tel instrument permettra d’estimer l’efficacité de couverture des réseaux de mesures in situ tel
ICOS (en construction). Des premiers tests de mesures de flux seront effectués avec l’instrument sol
COWI/s, le principe de mesure étant identique pour les deux systèmes.
8
-Démonstrateur aéroporté pour une future mission spatiale. Validation de
missions spatiales en cours ou futures.
Le système laser de COWI/a comme COWI/s (et dans ce sens COWI/s prépare déjà une future mission
spatiale) est positionné spectralement sur la raie d’absorption de CO2 R30 qui est vue comme étant la
raie idéale pour une application spatiale [11].
Les caractéristiques techniques de COWI/a surclassent celles de l’instrument spatial défini dans les
études FACTS et ASCOPE, dont le but est restreint à une mesure intégrée du CO2 sur la colonne
atmosphérique. COWI/a constitue donc un démonstrateur aéroporté adéquat pour une future mission
spatiale telle qu’elle a été proposée à l’ESA sous le nom d’EXCALIBUR.
COWI/a permettra donc d’effectuer des mesures intégrées du CO2 atmosphériques dans la colonne
troposphérique, d’effectuer des mesures résolues dans la couche limite et d’analyser la réflectivité du
sol à 2 µm pour en tirer des informations simultanées sur la canopée.
La validation concerne non seulement les mesures de concentration mais aussi les estimations de
flux par modélisation inverse. En effet aucun moyen instrumental n’existe aujourd’hui pour
effectuer une telle vérification (mesure de flux proche de la surface sur une distance de 1000 km) et
donc l’instrument COWI/A est incontournable pour n’importe quelle mission spatiale CO2 passive ou
active qui repose sur une modélisation inverse de mesures de concentration de CO2 pour estimer des
flux de surface, une telle modélisation inverse n’étant pas dénuée d’incertitude.
- Cycle du carbone et cycle de l’eau. Potentiel d’une étude globale de la biosphère et
des échanges avec l’atmosphère.
Le système laser des lidars COWI/s ou COWI/a bénéficie d’une certaine accordabilité à 2 µm, ce qui
lui permet, après certaines modifications, de sonder des raies d’absorption de CO2 et de H2O
séquentiellement.
Des mesures simultanées de CO2 et H2O en surface permettraient de caractériser les processus
biologiques de la végétation pour un écosystème donné : 1) photosynthèse (H2O et CO2) ; 2)
respiration aérobique (CO2). H2O et CO2 sont collectivement responsable de la majorité de l’effet de
serre. Notre compréhension de la variabilité interannuelle, saisonnière et spatiale de la dynamique
CO2-H2O reste très faible, notamment en ce qui concerne les forêts. Une telle synergie de mesures
permettrait de comprendre les mécanismes de ces systèmes biogéochimiques complexes et de prévoir
leurs réponses aux changements futurs du climat et de l’utilisation des sols. L’instrument COWI
pourrait être modifié dans cet objectif.
Le lidar COWI/a fournira par ailleurs des mesures complémentaires sur la canopée. Une étude
simultanée des échanges de surface avec le type de végétation sera donc possible expérimentalement
par télédétection.
9
3. Plan de développement
3.1 Calendrier de développement
Le calendrier de développement des systèmes COWI/s et COWI/a est indiqué ci-dessous (Table 1). Un
simulateur instrumentale sol et aéroporté a été réalisé en 2008.
Table 1 : Calendrier de développement du programme COWI 2008-2014. La zone hachurée noire correspond à
l’amélioration du système COWI/s pour des mesures de flux.
2008
W1
Définition des
objectifs
2009
2010
2011
2012
2013
2014
Campagne
Sentinelle
Sept. 2011
W2
Simulations
instrumentales
W3
Réalisation instrumentale
COWI/S
W4
Intégration
sol
W5
Tests, résultats et
analyse scientifique
W1
Définition des
objectifs
W2
Simulations
instrumentales
COWI/A
W3
Réalisation
instrumentale
W4
Intégration
aéroportée
W5
Tests
10
3.2 Organigramme – Articulation entre les composantes sol et avion de
COWI
Fig. 2 : Organigramme du développement de COWI/s : schéma des sous-ensembles de l’instrument et détail des
‘workpackage’ Réalisation instrumentale et Intégration
11
COWI/s
W3 : Réalisation instrumentale
W31 : Cavité laser
de puissance
W32 : Oscillateur
local, Injection
- Laser de pompe, polarisation, focalisation
- Fonctionnement continu multimode
- Fonctionnement pulsé multimode
- Emission multimode à 2051 nm
- Polarisation
- Fonctionnement monomode injecté à 2051 nm
- Lasers solides monomodes Tm, Ho : montée en
puissance, émission à 2051 nm, sortie fibrée
- Asservissement et méthode PDH :
lambdamètre, cuve CO2 (centre de raie)
- Optique et protection du trajet d’injection
- Alternance des longueurs d’onde On et Off
W33 : Contrôle
- Synchronisation injection/ Q-switch /
asservissement par méthode PDH
- Alternance des longueurs d’onde On et Off
- Synchronisation détection/ acquisition
/positionnement du scanner
W34 : Détection
- Couplage propagation libre /fibrée
- Télescope
- Alignement optiques émission/ réception
- Tests sur l’ancien lidar Doppler
W35 : Acquisition
Traitements
- Maîtriser l’outil Simulink/ Xilinks/ carte FPGA
- Prétraitements en temps réel
- Visualisation et modification des paramètres
- Stockage
- Traitement final temps réel ou différés
W4 : Intégration sol
W41 : Interfaces
- Mécanique, Electrique, Thermique
- Conteneur climatisé
- Scanner
W42 : Installation
- repérage du site d’installation
- transport sur le site
W5 : Tests
- tests à Palaiseau
- opération sur le site
12
L’instrument COWI/a utilise la même configuration instrumentale que COWI/s. Les modifications
importantes concernent le positionnement spectral en flanc de raie R30 de l’émetteur laser et
l’asservissement à 1 MHz si l’instrument est utilisé comme démonstrateur spatial. Autrement un
asservissement au centre d’une raie plus faible peut aussi convenir pour les applications géophysiques.
L’environnement aéroporté (électrique, thermique, vibrations) nécessitera des adaptations/
modifications des sous-ensembles de COWI/s. il est important de noter ici que le système COWI/s est
déjà réalisé dans un objectif de limitation des alignements optiques et d’insensibilité aux vibrations
(lasers continus fibrés, systèmes d’injection et de détection fibrés) pour répondre aux exigences avion.
L’asservissement sur une raie d’absorption du CO2 par la méthode PDH est aussi abordé dans
COWI/s.
COWI/a
Fig. 3 : Modification prévues pour la version aéroportée COWI/a : ‘workpackage’
réalisation instrumentale et intégration
W3 : Réalisation instrumentale
W31 : Cavité laser
de puissance
- Nouveau laser
- Compactage du système pompe / oscillateur de
puissance
W32 : Oscillateur
local, Injection
- Asservissement et méthode PDH utilisant une
cuve CO2 – flanc de raie
W33 : Contrôle
W34 : Détection
W35 : Acquisition
Traitements
- mise en place d’une voie de détection directe
dans le cadre d’un démonstrateur d’un
instrument spatial
- positionnement 3D/ vitesse de l’avion
W4 : Intégration aéroportée
W41 : Interfaces
- Mécanique, électrique, thermique, vibrations
- modifications des éléments de COWI/S en
conséquence
- pas de scanner prévu – visée au nadir
W42 : Installation
- étude pour l’intégration
- intégration et certification
W5 : Tests
13
3.3 COWI/s : Détails de la réalisation instrumentale – Analyse des
risques – Ressources humaines et financières
-
Plan de développement et calendrier. Des tests du système sont prévus à partir
d’avril 2011 au LMD à Palaiseau.
J
F
M
2010
M J J
A
A
S
O
N
D
J
F
M
2011
A M J
J
A
S
W31 CW
Q-switch
Polarisation
Emission à
2051 nm
Coupleurs
Interface mécanique
Injection OL ‘on’
W32
Injection OL
‘on’ et ‘off’
alternés
2 OLs labo
Monomode
fibrés
Asservissement
Méthode PDH
Asservissement
Méthode PDH
Trajet
Injection
OL ‘on’ Switch
fibré
fibré
W33
OL ‘off’
fibré
Synchonisation injection/ Q-switch
Méthode PDH et
alternance ‘on’/ ‘off’
W34
Synchronisation
émission/ détection/
acquisition/ scanner
Couplage
libre/ fibré
Test sur ancien Lidar
Télescope
Tests sur COWI
W35 Simulink
/ Xilinks/
FPGA
Prétraitements temps réel
Tests et stockage
Traitements finaux temps réel ou différé
W41
W42
Mécanique
Achat nouveau scanner ?
Laser
Aménagement conteneur
Visite site
Ancien scanner et interfaces
Transport
Equipement du site
W5
Tests
Palaiseau
14
- Analyse des risques et solutions de repli possibles
Difficulté
Risques
Plan A
Solution
alternative
Plan B
Inconvénient
Plan B/ Plan A
W3 : Réalisation
instrumentale
Instabilité spectrale > 1 MHz
Difficulté d’injection à haute
* Injection
Méthode ramp & fire cadence impulsionnelle :
PRF < 1 kHz
W31 : Cavité laser
de puissance
Injection,
Méthode PDH
W32 : Oscillateur
local, Injection
-2 OL fibrés sans
saut de mode
(surcoût 100 kE)
*- Utilisation des
anciens OLs
- Chaîne
d’injection fibrée
- Switch fibré
(surcoût 30 kE)
- Propagation libre
- Instabilité/ sauts de mode/
asservissement difficile/
nécessité d’un contrôle
spectral a posteriori
- Désalignement/ compacité/
transportabilité
*- Utilisation d’une
cellule de Pockels
W33 : Contrôle
W34 : Détection
Chaîne de
détection fibrée
* Propagation libre
Désalignement/ compacité/
transportabilité
W35 : Acquisition
Traitements
Carte FPGA,
Prétraitements
Visualisation
Achat d’un
système acquisition
traitement lidar
Doppler Léosphère
modifié (en attente
de devis)
Perte de tirs lors du
transfert des données,
coût des modifications/
système commercial
Achat d’un
scanner
(coût ~70 kE)
Utilisation du
scanner de l’ancien
lidar LVT après
remplacement des
pièces défectueuses
Positionnement lent.
Système non-étanche
posant des problèmes
thermiques, humidité,
poussières
W4 : Intégration sol
W41 : Interfaces
W42 : Installation
Total surcoût
200 kE
Fig. 4 : Analyse des difficulté et des risques dans le cadre d’un développement optimal de COWI/s (plan A),
solutions alternatives prévues (plan B) permettant d’atteindre les objectifs du projet SENTINELLE et
inconvénients plan B/ plan A. * disponible sur l’ancien lidar (Gibert et al. 2006)
15
- Ressources humaines disponibles et souhaitées
Domaine/
Compétences
- Optique - laser
- Electronique/
Acquisition carte FPGA
- Informatique/
Programmation/
Visualisation des données
Personnel au
laboratoire
D. Edouart (IR2)
F. Gibert (CR2)
F. Le Mounier (CDD IR CNES, 3
ans prévus jusqu’en juin 2012)
Claire Cénac (IR2, arrivée en
mai 2010)
Jihane Sayadi (CDD IE CNES,
jusqu’en mars 2011))
- Mécanique
Olivier Bode (IE)
Olivier Bousquet (IE)
- Analyse des données
Exploitation géophysique
Fabien Gibert (CR2)
Personnel
souhaité
Etudiant en thèse *
Informaticien
Etudiant en thèse *
(financement CNES
2010 2013)
Post-doctorant (> 2011)
Etudiant en thèse (> 2012)
* suivant les candidats disponibles.
Pour le traitement des données et l’exploitation des résultats, il serait souhaitable d’avoir un postdoctorant après la campagne SENTINELLE et un étudiant en thèse en septembre 2012 pour travailler
sur les mesures de flux de CO2.
-
Coopération avec d’autres équipes sur le projet :
Emetteur laser et lidar : D. Bruneau (LATMOS), M. Schellhorn (ISL), J. Yu (NASA), G.
Koch (NASA)
Spectroscopie : L. Joly (Université de Reims), V. Zéninari (Université de Reims), G. Durry
(Université de reims)
Validation instrumentale : observatoire RAMCES (IPSL)
16
Ressources financières disponibles et souhaitées pour COWI
Table 2 : Ressources financières disponibles pour COWI depuis 2008.
Source de
financement
Equipement
Consommables
ANR
SENTINELLE
242 kE
24 kE
CNRS/INSU
CNES
170 KE
60 KE
Missions
10 kE
CDD
90 kE
Table 3 : Dépenses effectuées pour COWI/s et justification de l’utilisation des crédits par rapport au
budget ANR SENTINELLE.
Dépenses
effectuées
Cavité laser de
puissance
Oscillateur local ;
injection
Laser de pompe : 120 kE
Cavité : 30 kE
Anciens OLs : 40 kE
Détection
40 kE
Acquisition
20 kE
Interfaces
Aléas,
réparations…
Dépenses
souhaitées
2 OLs fibrés monomodes : 100 kE
Switch fibré : 30 kE
scanner: 70 kE
250 kE
450 kE
+ 50 kE
+ 50 kE
17
Conclusion
Les crédits disponibles dans le cadre de SENTINELLE permettent de réaliser le plan B prévu
pour le lidar COWI/s même s’il en manque un peu (système d’acquisition de Léosphère en
attente de devis, estimé < 50 kE). Grâce au budget du CNRS/ INSU et au soutien du CNES,
on peut réaliser le plan A pour la mesure de flux de CO2 par lidar. Les premières mesures
seront effectuées à Palaiseau à partir de mai 2011.
Fin 2011, on aura maîtrisé les éléments technologiques de COWI/s et on aura démontré la
mesure de flux de CO2 par lidar. On sera prêt à construire l’instrument aéroporté COWI/a
avec un nouveau budget.
18
Références bibliographiques
[1] Gibert F., 2005: Télédétection du CO2 atmosphérique par Lidar DIAL Doppler Hétérodyne à 2 µm,
Thèse de l’Ecole Polytechnique.
[2] Gibert F., P.H. Flamant, D. Bruneau, C. Loth, 2006: “Two-micrometer heterodyne differential
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